APARATURA W OCHRONIE ŚRODOWISKA - 9. ROZDZIELANIE ZAWIESIN (SEDYMENTACJA, FILTRACJA, WIROWANIE) Wykład dla kierunku Ochrona Środowiska Wrocław, 2015 r. Wprowadzenie Układ niejednorodny (mieszanina niejednorodna/ mieszanina heterogeniczna) układ (mieszanina) substancji, składająca się z co najmniej dwóch faz: fazy ciągłej (rozpraszającej), fazy nieciągłej (rozproszonej). W ciekłych układach niejednorodnych fazą ciągłą jest ciecz. W takim wypadku rozróżnić można: układy dwufazowe: ciecz ciało stałe; ciecz ciecz; ciecz gaz; układy trójfazowe: ciecz ciało stałe gaz. 1
Rodzaje ciekłych układów niejednorodnych Zawiesina układ niejednorodny, w którym cząsteczki fazy rozproszonej mają dużą masę i średnicę większą od 10-7 m (100 nm = 0,1 m). Układ koloidalny układ o dużym stopniu rozdrobnienia (dyspersji) substancji rozproszonej; cząstki mają średnicę mniejszą od 10-7 m (przedział 10-9 10-7 m, tj. 1 100 nm). Przykłady koloidów Emulsja układ koloidalny dwóch niemieszających się wzajemnie cieczy, o różnym stężeniu i rozmiarach cząstek fazy rozproszonej (układ koloidalny ciecz ciecz). Piana układ koloidalny, w którym pęcherzyki gazu są otoczone warstewkami cieczy i zamknięte w ich strukturze (układ koloidalny ciecz gaz) Suspensja (zawiesina) koloidalna układ koloidalny ciecz ciało stałe. 2
Metody rozdzielania ciekłych układów niejednorodnych Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Termiczne metody rozdzielania ciekłych układów niejednorodnych Termiczne metody rozdzielania układów niejednorodnych związane są z doprowadzeniem energii do układu na sposób ciepła; dotyczą suszenia materiałów. Proces suszenia usuwanie wilgoci (pary wodnej) lub innej substancji lotnej z ciał stałych, szlamów i zawiesin. Suszenie odbywa się w aparatach zwanych suszarkami. Czynnikiem suszącym może być powietrze, gazy obojętne lub gazy spalinowe. 3
Sedymentacja Sedymentacja (opadanie) mechaniczny proces rozdziału ciekłych układów niejednorodnych, polegający na opadaniu cząstek ciała stałego w cieczy, w wyniku działania sił grawitacji lub bezwładności. Źródło: www.uni-export.com.pl/stabilnosc-zawiesin-emulsji-i-pian Źródło: separating-mixtures.wikispaces.com/sedimentation Sedymentacja ciał stałych w cieczach Rodzaje sedymentacji Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa, 1998 Struktura zawiesiny w osadniku Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 4
Sedymentacja ciał stałych w cieczach Rodzaje sedymentacji: 1) Przy małym stężeniu cząstek stałych w zawiesinie występuje klarowanie: Cząstki oddalone są od siebie i w niewielkim stopniu oddziałują na siebie. Opadające z różną prędkością cząstki ocierają się o siebie. Każda cząstka podąża w dół z charakterystyczną dla siebie prędkością. Jeśli cząstki mają tendencję do aglomerowania tworzą się flokule (flokuły), czyli agregaty cząstek, których prędkość opadania, w wyniku zwiększenia ich rozmiaru wzrasta. Sedymentacja ciał stałych w cieczach 2) Obszar opadania strefowego: W zawiesinach o większym stężeniu cząstki ciała stałego zbliżają się coraz bliżej do siebie, osiągając w końcu stan, w którym stykają się ze sobą. Jeśli cząstki mają tendencję do aglomerowania, to wiążą się w plastyczną strukturę. Cząstki w tej strukturze opadają z jednakową prędkością prędkością opadania gromadnego. 5
Sedymentacja ciał stałych w cieczach 3) Obszar kompresji: Przy większym stężeniu cząstek struktura jest zwarta i z czasem staje się wytrzymała na ściskanie. Każda z warstw w obszarze opadania strefowego jest w stanie zapewnić mechaniczne podtrzymywanie warstwy znajdującej się ponad nią osiadanie warstw jest hamowane przez mechaniczne podtrzymywanie od dołu. Cząstki sedymentujące podlegają wzrastającemu naciskowi wskutek wzrostu masy cząstek nad nimi. Powoduje to ich dalsze zagęszczanie. Zagęszczanie Zagęszczanie proces sedymentacji zawiesin, przebiegający poniżej strefy zasilania w osadniku, tzn. w strefie opadania gromadnego i w strefie kompresji. Przebieg zagęszczania: I ciecz klarowna, II strefa gromadnego opadania cząstek, III strefa przejściowa, IV strefa kompresji Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 6
Rozwiązania aparaturowe osadniki cylindryczne Odstojniki typu Dorra osadniki z dnem stożkowym, o dużym kącie rozwarcia. W części stożkowej umieszczony jest zgarniacz (mieszadło wolnoobrotowe), przesuwający osad do króćca wylewowego, skąd odbierany jest pompą szlamową. Zawiesinę doprowadza się rurą umieszczoną współosiowo z wałem zgarniacza. Na obwodzie, w górnym odcinku części cylindrycznej znajduje się rynna do odprowadzania cieczy klarownej (przelew). Średnice mogą wynosić do 200 m, wysokości do 7 m. Odstojnik Dorra Odstojnik Dorra: 1 zgarniacz (mieszadło kotwicowe/grabiowe) Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 7
Osadniki wstępne odstojniki Dorra Oczyszczalnia ścieków w Zabrzu Źródło: zabrze.fotopolska.eu/271754,foto.html Źródło: www.imir.agh.edu.pl/pl/studia/specjalnosci/mechani ka_i_budowa_maszyn/inzynieria_systemow_ekolog icznych_i_ekoenergetyka/ Rozwiązania aparaturowe osadniki cylindryczne wielokomorowe W celu zwiększenia przepustowości stosuje się aparaty wielokomorowe (wielopiętrowe). Liczba komór wynosi zwykle 2-7, ich średnica 3-20 m (oszczędność miejsca), a wysokość ok.2 m. Poszczególne zgarniacze pracują na jednym wale. Odstojnik wielokomorowy Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 8
Rozwiązania aparaturowe osadniki o przekroju prostokątnym Osadnik poziomy o przekroju czworokątnym piaskownik poziomy ze zgarniaczem Źródło: zwikolesno.cba.pl/urzadzenia.html Rozwiązania aparaturowe osadniki o przekroju prostokątnym Osadnik poziomy o przekroju czworokątnym piaskownik poziomy z przenośnikiem spiralnym (ślimakowym) Źródło: www.mzwikslupca.pl/program/rysunki/piaskownik3.html 9
Osadniki o przekroju prostokątnym aplikacje Piaskowniki napowietrzane - Oczyszczalnia ścieków w Toruniu Źródło: www.wodociagi.torun.com.pl/index.php?lang=pl&m=pag e&pg_id=68 Piaskownik poziomy Zakład Wodociągów i Kanalizacji w Prudniku Źródło: zwikprudnik.pl/piask_po.php Przyspieszanie sedymentacji W celu przyspieszenia sedymentacji bardzo drobnych cząstek, do zawiesiny dodawane są specjalne substancje: koagulanty substancje, które neutralizują ładunki powierzchniowe na cząstkach, co umożliwia ich zderzenia i koagulację (łączenie w większe agregaty). Przykłady koagulantów nieorganicznych: siarczany, chlorki i chlorosiarczany żelaza. flokulanty wielkocząsteczkowe związki organiczne lub polimery (także nieorganiczne) tworzące struktury sieciowe lub plastrowe. Przykłady: poliakryloamidy i poliakrylany. Źródło: www.uni-export.com.pl/stabilnosc-zawiesin-emulsji-i-pian 10
Przyspieszanie sedymentacji Szybkość sedymentacji cząstek stałych może być zwiększona kilkukrotnie przez zainstalowanie w odstojnikach nachylonych półek (kat 30-60 ) półek lamelowych (lamel). Rodzaje osadników lamelowych: a) przeciwprądowe, b) współprądowe, c) krzyżowe. a) b) c) Osadniki z wypełnieniem płytowym (lamelowym) Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 Filtracja zawiesin Filtracja proces rozdziału układu ciecz-ciało stałe lub gaz-ciało stałe, prowadzony przy użyciu przegrody porowatej zatrzymującej cząstki stałe, a przepuszczającej płyn. Filtracja objętościowa filtracja przez usypane warstwy filtrujące (np. piasek, żwir, żużel, ziemia). Filtracja powierzchniowa filtracja przez tkaniny filtracyjne, masy porowate (ceramiczne, z tworzyw sztucznych, spieki metali) lub przez własny osad. Filtry powierzchniowe działają z reguły prawidłowo dopiero wtedy, gdy na ich powierzchni powstanie odpowiednia warstwa osadu (tzw. placek filtracyjny). 11
Filtracja zawiesin Filtrat ciecz (ewentualnie gaz), która została przepuszczona przez przegrodę filtracyjną. filtrat = przesącz Źródło: soxteacher.com/2013/09/20/chemistry-class-13/ Przegrody filtracyjne Materiały tkane (tkaniny): włókna naturalne (bawełna, wełna, lun, juta); Siatki: włókna sztuczne (nylon, elana, PE, PP, PTFE, anilana, szkło, metale; Tkaniny filcowe: wełna, włókna sztuczne; Płyty filtracyjne: celulozowe, bawełniane, włókna sztuczne; Warstwy sztywne: spieki metalowe, spieki ceramiczne, spieki szklane; Warstwy sypkie: piasek, żwir, węgiel, węgiel aktywny, koks, włókna cięte. 12
Dobór przegrody filtracyjnej Dobór właściwej przegrody jest najistotniejszym etapem projektowania aparatów filtrujących i musi być dokonany w oparciu o znajomość: właściwości zawiesiny (gęstość, lepkość, temperatura, ph, reaktywność chemiczna); właściwości ciała stałego (rozmiar cząstek, stężenie cząstek w zawiesinie, właściwości fizykochemiczne, ściśliwość); konstrukcji aparatu filtrującego. Filtracja przez złoże filtracyjne Samopłuczący filtr grawitacyjny Źródło: www.dynamikfiltr.pl/pl_presentation.html Zasada działania filtra piaskowego samopłuczącego filtracja przeciwprądowa: Woda surowa (lub ścieki) dopływa króćcem wlotowym w górnej części, dalej poprzez rurę centralną trafia do dolnego dystrybutora, przez który jest równomiernie rozprowadzana w złożu. Medium podlega filtracji w trakcie przepływu przez złoże piaskowe od dołu do góry. Oczyszczona ciecz kierowana jest do górnego grawitacyjnego przelewu. Niewielka ilość zanieczyszczonego złoża z dolnej części transportowana jest specjalną pompą powietrzną do płuczki wodno-powietrznej w części górnej. Czyszczenie złoża odbywa się poprzez przeciwprądowe płukanie czystym filtratem. Oddzielenie ziaren piasku od zawiesiny odbywa się w labiryncie płuczącym płuczki. Oczyszczony piasek opada na górną część złoża. 13
Filtracja powierzchniowa Filtracja okresowa filtracja prowadzona jest do czasu wytworzenia placka filtracyjnego odpowiedniej grubości. Warstwa placka usuwana jest okresowo. Filtracja ciągła rozdzielanie odbywa się na powierzchni porowatego bębna, tarczy lub taśmy, a osad (placek) odbierany jest w sposób ciągły. Nucze filtracyjne Nucza najprostszy typ filtra powierzchniowego okresowego; zbiornik (cylinder) z perforowanym dnem, na którym znajduje się przegroda filtracyjna. Filtracja może przebiegać pod ciśnieniem słupa zawiesiny, pod nadciśnieniem lub w próżni (w aparatach zamkniętych). Nucza ciśnieniowa, laboratoryjna Źródło: www.buchiglas.com/pl/produkty/reaktory-cisnieniowe-autoklawylaboratoryjne/akcesoria-dla-reaktorow-cisnieniowycj/cisnieniowe-nucze-filtracyjne.html 14
Filtry ciśnieniowe ramowe i tarczowe Filtry ciśnieniowe ramowe, tarczowe, płytowe zestaw ram lub tarcz obciągniętych tkaniną filtracyjną, które mają kanały odpływowe dla cieczy klarownej, umieszczony w cylindrycznej (poziomej lub pionowej) komorze ciśnieniowej. a) Filtry ciśnieniowe: a) ramowe, b) tarczowe: 1 elementy filtrujące, 2 odpowietrzenie, 3 korpus ciśnieniowy Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 b) Filtry płytowe przykłady rozwiązań Źródło: www.maszynyuzywane.pl/pics/sklep_produkty/9832_img1_ec4d621b0f1b4b00e4c31fce14cf0b9d.jpg 15
Filtry ciśnieniowe świecowe Filtr świecowy filtracja odbywa się poprzez przepływ cieczy z zewnątrz do wewnątrz świecy filtracyjnej. Zanieczyszczenia oddzielane są poprzez osiadanie na zewnętrznej powierzchni świecy. Widok placka filtracyjnego na filtrze świecowym Źródło: filtertech.com.pl/technologie_i_produkty/cisnieniowe_filtry_plytowe Prasy filtracyjne Prasa filtracyjna ramowo-płytowa składa się szeregu płyt i ram, ułożonych naprzemiennie, opartych na belkach wspornikowych. Ramy obciągnięte są tkaniną filtracyjną. Układ płyt i ram zaciśnięty jest między nieruchomą głowicą a ruchomą płytą przesuwną. Płyty posiadają rowki i otwory, przez które odpływa przesącz. Gdy opór filtracji osiągnie zadaną wartość, wstrzymuje się dopływ surówki i ewentualnie przemywa się osad. Następnie płyty i ramy odsuwa się i usuwa się placek filtracyjny (osad wypada do zbiornika lub usuwany jest ręcznie bądź mechanicznie). 16
Prasy filtracyjne Zastosowania: odwadnianie osadów: oczyszczalnie ścieków komunalnych; oczyszczalnie ścieków przemysłowych; uzdatnianie wody. Schemat prasy filtracyjnej ramowo-płytowej: 1 ramy filtracyjne, 2 płyty filtracyjne, 3 tkanina filtracyjna, 4 osad (placek filtracyjny) Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Prasa filtracyjna Źródło: alu-profil.com.pl/oferta/prasy-filtracyjne/ 17
Prasy filtracyjne przykłady rozwiązań Źródło: www.prasy-filtracyjne.pl/andritzpro.htm Źródło: www.membranefilterpress.info/membrane-filter-press.html Prasy filtracyjne Prasa filtracyjna cylindryczna zawiera dwa koncentryczne puste cylindry (bębny), zamontowane na poziomym wale. Perforowany cylinder wewnętrzny obciągnięty jest tkaniną filtracyjną, natomiast cylinder zewnętrzny wyłożony jest od wewnątrz elastyczną membraną. Zawiesina wpływa do przestrzeni pierścieniowej i w wyniku filtracji na powierzchni cylindra wewnętrznego tworzy się placek filtracyjny. Filtrat odpływa z wnętrza bębna króćcem bocznym. Po uzyskaniu odpowiedniej grubości placka, dopływ zawiesiny zostaje wstrzymany, a do membrany cylindra zewnętrznego przykładany jest impuls ciśnienia (ściskanie/wyciskanie). Następnie placek jest przemywany i usuwany po wyciągnięciu wewnętrznego cylindra. 18
Prasa cylindryczna Prasa filtracyjna wyciskająca (cylindryczna): 1 perforowany cylinder, 2 tkanina filtracyjna, 3 membrana, 4 osad (placek filtracyjny), 5 komora filtratu, 6 cylinder przesuwny Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Prasy taśmowe Prasa taśmowa (tzw. wyżymająca) służy do filtracji ciągłej i stanowi kombinację odsączania grawitacyjnego i ściskania mechanicznego zawiesiny w komorze o zmiennym przekroju. Filtr zawiera dwie pochylone do pionu taśmy filtracyjne, opięte na bębnach, poruszające się do dołu. W trakcie przesuwania w dół następuje filtracja zawiesiny i tworzenie placka. Placek odbierany jest na dole aparatu. Prasa taśmowa wyżymająca: 1 bębny napędowe, 2 taśma filtracyjna Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 19
Filtr bębnowy próżniowy Filtr bębnowy próżniowy złożony z obrotowego bębna utworzonego z wielu (4-30) sektorów opiętych tkaniną filtracyjną (lub membraną). Bęben jest zanurzony w korycie z zawiesiną (prawie 1/3 obwodu). Każdy sektor podłączony jest do głowicy sterującej (zaworu sterującego) w osi filtra. Głowica podzielona jest na strefy z otworami, które podłączone są do źródeł próżni lub ciśnienia (sprężonego powietrza). Filtrat odciągany z poszczególnych sekcji bębna zbierany jest w zbiorniku umieszczonym przez pompą próżniową. Filtr bębnowy próżniowy W trakcie obrotu bębna następuje: I filtracja, czyli tworzenie placka na powierzchni tkaniny (zasysanie zawiesiny do wnętrza segmentu); II podsuszanie (zasysanie powietrza do wnętrza segmentu); III przemywanie (natrysk wody); IV wyciskanie cieczy (docisk wałkiem); V spulchnianie i suszenie osadu (nadmuch sprężonym powietrzem) i zdejmowanie osadu (nóż/skrobak); VI oczyszczanie tkaniny (nadmuch sprężonym powietrzem). Schemat filtra bębnowego próżniowego: 1 bęben, 2 koryto, 3 doprowadzenie zawiesiny, 4 przegrody, 5 zawór sterujący, 6 mieszadło, 7 kanał do odprowadzenia przesączu, 8 kanał do odprowadzenia przesączu i cieczy myjącej, 9 kanały doprowadzające sprężone powietrze, 10 natrysk cieczy myjącej, 11 nóż zdejmujący osad 20
Filtr bębnowy próżniowy przykłady rozwiązań Źródło: www.ibl.co.nz/gallery.php?gr=8&pid=217 Źródło: www.komline.com/docs/rotary_drum_ vacuum_filter.html Filtry bębnowe zdejmowanie osadu Sposoby zdejmowania osadu z powierzchni filtra: a) za pomocą noża/skrobaka, b) za pomocą przyciśniętego wałka obrotowego, c) za pomocą sznurów, d) za pomocą płótna lub przez grawitacyjne opadanie 1 nóż, 9 wałek, 3 sznury, 4 płótno Źródło: www.miningtechnology.com/contractors/chemicals/clariant/clariant2.html Źródło:www.nfm-filter.com/requestformex.aspx?id=18 21
Filtr bębnowy ciśnieniowy Filtr bębnowy ciśnieniowy bęben umieszczony jest w obudowie zamkniętej, w której panuje nadciśnienie (wpuszczanie sprężonego powietrza). Działanie nadciśnienia powoduje przepływ cieczy z zawiesiny przez przegrodę filtracyjną. Filtrat odprowadzany jest przewodami umieszczonymi w pustym obrotowym wale. Osad gromadzi się na tkaninie i po myciu jest podsuszany na ogrzewanym bębnie napinającym. Osad zdejmowany jest mechanicznie lub spada z taśmy przy zmianie kierunku ruchu. Filtr bębnowy ciśnieniowy Schemat filtra bębnowego ciśnieniowego: 1 hermetyczna obudowa, 2 bęben obrotowy, 3 tkanina filtracyjna, 4 wałek napinający do obierania osadu, 5 przenośnik ślimakowy, 6 króciec doprowadzenia mieszaniny, 7 przelew zawiesiny (króciec odprowadzający), 8 króciec sprężonego powietrza 22
Filtr bębnowy ciśnieniowy przykłady rozwiązań Źródło: www.andritz.com/noindex/pf-detail?productid=4999 Źródło: www.cpp-net.com/home/-/article/32218883/37255846/recordperformance-in-the-drum/art_co_instance_0000/maximized/ Filtry tarczowe Filtr tarczowy powierzchnia filtracyjna ma postać tarcz (1-12 szt.), przymocowanych do pustego wału. Tarcze składają się z wielu trójkątnych segmentów obciągniętych tkaniną filtracyjną. Tarcze połączone są z głowicą rozdzielczą z króćcami/otworami do odsysania filtratu i przedmuchiwania tkaniny sprężonym powietrzem. Filtracja przebiega etapowo, tak jak w filtrach bębnowych. Zastosowanie tarcz nie pozwala na mycie osadu! Istnieją rozwiązania próżniowe oraz ciśnieniowe (w obudowach zamkniętych). 23
Filtry tarczowe Schemat filtra tarczowego: 1 wał pusty, 2 tarcza, 3 koryto z zawiesiną, 4 głowica rozdzielcza, 5 noże zbierające, 6 zsuwania osadu, 7 przenośnik ślimakowy Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Filtry tarczowe przykłady rozwiązań Źródło: bsfaustralia.com.au/rotary-disk-filter/ Źródło: www.nfm-filter.com/requestformex.aspx?id=28 24
Filtry taśmowe Filtr taśmowy zawiesina podawana jest w sposób ciągły ma taśmę filtrującą, która przesuwa się nad korytami (skrzynkami) podłączonymi do pompy próżniowej. Filtracja przebiega etapowo, tak jak w filtrach bębnowych: osad może być myty i podsuszany sprężonym powietrzem. Osad odpada od taśmy przy zmianie kierunku ruchu lub jest zdejmowany nożem. Filtr taśmowy próżniowy Filtr taśmowy próżniowy: 1 taśma nośna, 2 taśma z tkaniny filtracyjnej, 3 nadawa, 4 koryta odpływowe z podłączeniem do pompy próżniowej, 5 układ przemywania taśm, 6 instalacja próżniowa, 7 ciecz do przemywania osadu Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 25
Filtry taśmowe przykłady rozwiązań Źródło: www.woda-scieki.com/firmy/917- eko-technika-barbara-i-stanislawzawadzcy/produkty/1716-filtr-tasmowyz-tasma-jednorazowa Źródło: www.4enveng.com/edetails.php?id=61 Źródło: www.univar.pl/tl_files/produkty/produkty%20belki/filtr%2 0tasmowy%205.10.jpg Zastosowania filtrów zawiesin Filtr bębnowy próżniowy oczyszczanie ścieków przemysłowych Źródło: pro-eko.pl/index.php?m=2&s=54&d=56 Filtr (prasa) taśmowy do odwadniania osadów ściekowych na oczyszczalni w Golubiu Dobrzyniu Źródło: pro-eko.pl/index.php?m=2&s=54&d=56 26
Zastosowania filtrów zawiesin Schemat instalacji odsiarczania spalin dla Elektrowni Bełchatów Wirówki Wirówki służą do rozdzielania zawiesin i emulsji w wyniku działania sił odśrodkowych. Główne rodzaje wirówek: sedymentacyjne, filtracyjne. Działanie sił odśrodkowych przyspiesza proces filtracji w wirówkach filtracyjnych lub przyspiesza proces opadania w wirówkach sedymentacyjnych, gdyż siły odśrodkowe są wielokrotnie większe od sił ciężkości. 27
Wirówki sedymentacyjne Wirówka sedymentacyjna posiada lity, nieperforowany bęben, do którego podawana jest zawiesina. Rozdział mieszaniny następuje w wyniku wirowania. Ciecz klarowna odpływa przez próg przelewowy lub rurą ssącą. Cząstki ciała stałego osiadają na ścianie bębna i usuwane są okresowo lub w sposób ciągły. Wirówki sedymentacyjne rurowe Wirówka rurowa zawiesina dopływa do bębna od dołu, a przepływ przez wirówkę jest osiowy. Cecha charakterystyczna: duży stosunek wysokości do średnicy bębna, L/D = 4 6. Stosowane do rozdzielania zawiesin z trudno wydzielającym się osadem i o małych stężeniach wlotowych. Nadają się do rozdzielania emulsji. Wirówka sedymentacyjna rurowa Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 28
Wirówki sedymentacyjne bębnowe Wirówka bębnowa zawiesina dopływa do bębna od góry, w pobliże dna. Podczas wirowania cząstki stałe zbierają się na powierzchni bocznej bębna, natomiast ciecz klarowna przelewa się przez przegrodę pierścieniową lub jest odsysana. Mniejszy stosunek L/D (ok. 0,6). Mniejsza sprawność niż wirówki rurowe. Wirówka sedymentacyjna rurowa: 1 zbierak osadu, 2 odprowadzenie cieczy klarownej Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Wirówki bębnowe ze ślimakowym wyładowaniem osadu Wirówka sedymentacyjna ślimakowa (wirówka dekantacyjna/dekanter) bęben ma kształt cylindrycznostożkowy, a zawiesina dopływa osiowo wydrążonym wałem ślimaka i wypływa przez otwory w wale. Siła odśrodkowa odrzuca cząstki stałe do ściany wirującego bębna, a ciecz gromadzi się jako warstwa wewnętrzna. Oczyszczona ciecz przepływa w kierunku poszerzonego stożka (cylindra). Osad wychwytywany jest przez obracający się ślimak i przenoszony jest do węższego końca stożka, skąd jest usuwany na zewnątrz. 29
Wirówki bębnowe ze ślimakowym wyładowaniem osadu Schemat działania wirówki ślimakowej Na podstawie: www.flottweg.com/pl/linie-produktow/wirowki/ odbiór cieczy klarownej dopływ zawiesiny usuwanie osadu Źródło: www.pwpkatowice.pl/main/wirowka_osadu.html Wirówki talerzowe Wirówka talerzowa zawiera szereg stożkowych dysków (talerzy), na których zachodzi rozdział ciekłego układu niejednorodnego, w wyniku zwiększonej szybkości sedymentacji z wielu równoległych warstw, na dużej powierzchni separacji. Zawiesina podawana jest osiowo od góry przez wydrążony wał i wpływa do przestrzeni poniżej dysków, a następnie do przestrzenie między ścianą bębna a zespołem dysków. Mieszanina wpływa między talerze, gdzie cząstki stałe osiadają na powierzchni talerzy, po czym zsuwają się do obwodu i ściany bębna. Ciecz odpływa w pobliże osi wirowania i przepływa do odpływu. 30
Wirówki talerzowe Ciągłe usuwanie osadu (szlamu) możliwe jest w wirówkach dyszowych, gdzie przestrzeń gromadzenia szlamu ma kształt stożka obrotowego. W wierzchołku stożka umieszczone są dysze (króćce) odbierające osad. Wirówka talerzowa: 1 wał pusty, 2 talerze Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 Wirówka talerzowa dyszowa: 1 talerze, 2 dysze Wirówki talerzowe przykłady rozwiązań Źródło: pitt-gmbh.de/?s=produkt_zt Źródło: www.westfalia-separator.com 31
Wirówki filtracyjne Wirówka filtracyjna posiada bęben, którego ściany boczne wykonane są z blachy perforowanej i od wewnątrz pokryte są tkaniną filtracyjną. W wyniku wirowania cząstki stałe z zawiesiny gromadzą się na tkaninie, a ciecz przepływa przez przegrodę i jest odprowadzana na zewnątrz. Zasadniczym parametrem filtracji jest obok siły odśrodkowej przepuszczalność przegrody filtracyjnej i przepuszczalność placka filtracyjnego. Wirówki filtracyjne o działaniu okresowym Wirówka filtracyjna okresowa bęben osadzony jest na pionowym wale i umieszczony w zamkniętej obudowie z pokrywą. W trakcie wirowania filtrat opływa kanałem w dolnej części obudowy. Po odwirowaniu osad może być przemywany. Usuwanie osadu odbywa się po zatrzymaniu wirówki, najczęściej w sposób ręczny. Wirówka filtracyjna okresowa: 1 obudowa, 2 bęben perforowany z tkaniną filtracyjną, 3 wał napędowy Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 32
Wirówki filtracyjne o działaniu ciągłym Wirówki filtracyjne pracujące w sposób ciągły są zasilane ciągłym strumieniem zawiesiny, a osad usuwany jest także w sposób ciągły. Wyładowywanie osadu może się odbywać za pomocą: ślimaka; pulsującego tłoka (ruch posuwisto-zwrotny tłoka); w wyniku wibracji bębna. Schemat wirówki filtracyjnej ślimakowej: 1 bęben perforowany, 2 przegroda filtracyjna, 3 stożek rozdzielający, 4 ślimak Źródło: Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998 Wirówki filtracyjne przykłady rozwiązań Źródło: www.copybook.com/pharmaceutical/pha rmaceutical-peeler-centrifuges Źródło: www.rousselet-robatel.com/products/chempharma/vertbasket-top-unload-centrifuges.php 33
Hydrocyklony Hydrocyklon składa się z części górnej (cylindrycznej) i części dolnej (stożkowej) oraz dysz: wlotowej, wylotowej (przelotowej) i wylewowej. Zawiesinę wprowadza się dyszą wlotową stycznie do części cylindrycznej. Powoduje to wytworzenie wiru pierwotnego, który przesuwa się do wierzchołka części stożkowej (dół urządzenia). W wirze pierwotnym cząstki o większej bezwładności kierowane są do ściany (siła odśrodkowa) i jednocześnie poruszają się w dół. Zatężona zawiesina opuszcza cyklon dyszą wylewową. Wskutek dławienia wypływu na dyszy wylewowej wir pierwotny zmienia kierunek i w postaci wiru wtórnego przepływa ku górze do dyszy wylotowej. Drobne cząstki odrzucone z wiru wtórnego porywane są przez wir pierwotny i kierowane z powrotem do wylewu. Hydrocyklony Źródło: www.jains.com/irrigation/filtration%20equipments/jain%20 hydrocyclone%20filter.htm Schemat działania hydrocyklonu: 1 wir pierwotny, 2 wir wtórny Źródło: Warych J., Aparatura chemiczna i procesowa. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa, 2004 34
Hydrocyklony zastosowania Klasyfikacja materiałów (zakłady wzbogacania surowców mineralnych) Zagęszczanie materiałów Odmulanie wody Odwadnianie i zagęszczanie piasku (kopalnie piasków) Odpiaszczanie wody i ścieków Hydrocyklony łączone są również w baterie/zestawy multihydrocyklony, o bardziej zwartej budowie i lepszej skuteczności od pojedynczych aparatów. Źródło: stonecrusher.en.ecplaza.net/22.asp 35